沉井下沉中池壁開裂變形的原因分析及修復(fù)處理

文/朱慶波 合肥市市政設(shè)計(jì)研究總院有限公司 安徽合肥 230001

1、沉井特點(diǎn)

將事先在地面上用鋼筋砼制成的井筒形狀的結(jié)構(gòu)作為基坑坑壁的支撐，在井壁的保護(hù)下，用機(jī)械和人工在井內(nèi)挖土，并在其自重作用下沉入土中的結(jié)構(gòu)物稱為沉井。

沉井結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要有：

（1）埋置深度可以很大，整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，有較大的承載面積，能承受較大的垂直荷載和水平荷載。

（2）沉井既是基礎(chǔ)，又是施工時(shí)的擋土和擋水結(jié)構(gòu)物，下沉過程中無(wú)需進(jìn)行基坑支護(hù)，便于施工，節(jié)省造價(jià)。

（3）沉井施工時(shí)對(duì)鄰近建筑物影響較小。

2、工程案例

某城市水廠取水工程吸水井，池體平面凈尺寸為長(zhǎng)17.4m，寬11.5m，沿長(zhǎng)度方向跨中設(shè)置中隔墻，池體為日字形現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)地面高程為±0.000，底板頂標(biāo)高為-11m，池頂標(biāo)高為5.4m，井壁總高度16.4m。

參考地勘報(bào)告，井基下土質(zhì)均勻無(wú)不良土質(zhì)（均為粉質(zhì)粘土層夾粉土層），地基承載力特征值 fak≥160kpa。

由于井室埋深較深，周圍場(chǎng)地狹窄且有臨近建筑物，不適宜采用開挖方式施工，故采用沉井設(shè)計(jì)方案，沉井刃腳底標(biāo)高為-13.0m，起沉平臺(tái)標(biāo)高為-3.0m，首節(jié)沉井頂標(biāo)高為-3.0m。

為確保工程順利實(shí)施，為防止沉井過程中可能引發(fā)的周圍地面沉陷對(duì)臨近大堤及建筑物造成影響，對(duì)沉井周邊采用?600雙排高壓旋噴樁止水帷幕進(jìn)行處理。

2017年7月，沉井施工下沉至-10.0m處，池壁長(zhǎng)邊外側(cè)角部及內(nèi)側(cè)跨中部位、池壁寬邊外側(cè)角部及外側(cè)跨中部位均出現(xiàn)多條豎向通長(zhǎng)裂縫，最大縫寬約為3mm，池壁長(zhǎng)度方向向內(nèi)撓曲變形位移約13cm，存在重大安全問題。

3、問題分析

（1）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘查，設(shè)計(jì)施工圖紙中明確要求中隔墻與四周池壁一起澆筑，一起下沉，施工單位未按原設(shè)計(jì)圖紙施工在長(zhǎng)度方向跨中設(shè)置中隔墻，導(dǎo)致沉井下沉過程中池壁外側(cè)四周角部、池壁長(zhǎng)邊內(nèi)側(cè)跨中部位、池壁短邊外側(cè)跨中部位彎矩增大數(shù)倍，進(jìn)而導(dǎo)致相應(yīng)位置池壁變形位移過大，這是引起相應(yīng)位置池壁裂縫產(chǎn)生的主要原因。

（2）沉井下沉應(yīng)平穩(wěn)、均衡、緩慢，發(fā)生偏斜應(yīng)通過調(diào)整開挖順序和方式“隨挖隨糾，動(dòng)中糾偏”，應(yīng)按施工方案規(guī)定的順序和方式開挖。

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)閱沉井下沉監(jiān)控測(cè)量記錄資料，發(fā)現(xiàn)沉井下沉過程中未做到平穩(wěn)、均衡、緩慢施工，發(fā)生偏斜未及時(shí)予以糾偏，下沉速度過快的問題。

4、處理方案

（1）要求施工單位立即停止沉井下沉工作，對(duì)池壁四周外側(cè)土體局部挖除，減少四周池壁的側(cè)向土體荷載，進(jìn)而減緩裂縫的開展。

（2）由于未施工中隔墻導(dǎo)致池壁應(yīng)力過大，為盡快減少池壁應(yīng)力保證現(xiàn)有結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，長(zhǎng)度方向跨中部位裂縫兩側(cè)各設(shè)置兩道φ800對(duì)撐鋼管，對(duì)撐鋼管一端均設(shè)置一臺(tái)機(jī)械頂管用千斤頂，對(duì)變形池壁進(jìn)行回頂處理。為擴(kuò)散回頂應(yīng)力并保護(hù)現(xiàn)狀砼，鋼管與千斤頂與池壁接觸面需覆1000寬x12厚通長(zhǎng)鋼板，回頂過程中需嚴(yán)格控制好回頂應(yīng)力，回頂應(yīng)力不得大于砼的抗壓強(qiáng)度。

經(jīng)此方法，使池壁長(zhǎng)度方向向內(nèi)撓曲變形位移由13cm縮小為8cm，并使池壁裂縫寬度有所減小。

（3）待池壁變形量與裂縫開展不再增加時(shí)，按原設(shè)計(jì)施工中隔墻，中隔墻由寬度500mm調(diào)整為600mm，將長(zhǎng)度方向池壁內(nèi)側(cè)裂縫包裹入內(nèi)，新澆筑中隔墻與現(xiàn)狀池壁間于豎向方向增設(shè)2道20x30遇水膨脹橡膠止水條。

（4）待中隔墻澆筑完畢并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，施工單位需嚴(yán)格按相關(guān)要求進(jìn)行沉井下沉工作，下沉?xí)r標(biāo)高、軸線位移每班至少測(cè)量一次，每次下沉穩(wěn)定后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行高差和中心位移量的計(jì)算。終沉?xí)r應(yīng)每小時(shí)測(cè)一次，嚴(yán)格控制超沉，沉井封底前自沉速率應(yīng)小于10mm/8h。并對(duì)結(jié)構(gòu)變形和裂縫情況進(jìn)行嚴(yán)格觀測(cè)。

（5）經(jīng)過以上方法，使沉井順利下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，結(jié)構(gòu)變形和裂縫開展均未增加。沉井下沉完畢后，針對(duì)池壁裂縫予以處理：

1）先進(jìn)行池壁外側(cè)裂縫處局部土方的清理工作，對(duì)池壁內(nèi)外側(cè)裂縫高壓水沖洗后采用高壓灌入水溶性聚氨酯化學(xué)灌漿料進(jìn)行堵漏處理。

2）池壁外側(cè)：對(duì)于小于1mm的池壁裂縫鑿除保護(hù)層后采用聚合物水泥砂漿封閉；對(duì)大于1mm的裂縫將裂縫兩側(cè)各300mm寬池壁砼保護(hù)層鑿除，然后在外側(cè)支模，新扎 14@100雙向鋼筋網(wǎng)與原池壁鋼筋進(jìn)行焊接，后澆筑600mm寬150mm厚C30砼對(duì)裂縫處進(jìn)行加固處理。

（6）在首節(jié)沉井頂面施工縫止水鋼板頂面增設(shè)一道800mmx1000mm環(huán)形暗梁以增加吸水井的整體剛度。

（7）待所有池體澆筑完畢后，沿四周池壁內(nèi)側(cè)新澆筑150mm厚鋼筋砼面墻，表面覆12@150雙向鋼筋網(wǎng)片，對(duì)池壁內(nèi)側(cè)裂縫進(jìn)行全部封閉處理。

結(jié)語(yǔ)：

該沉井吸水井經(jīng)此方案處理后，順利下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，原池壁裂縫處無(wú)滲水情況發(fā)生，證明此沉井綜合處理方案是可靠可行的。